內積空間與伴隨算子

複(埃爾米特)內積

在第一卷中,R^n 上的點積讓你度量長度與角度。在複數域上,樸素的求和 sum z_k w_k 通不過一項基本檢驗:向量應當具有實的、非負的長度。補救辦法是對一個因子取共軛,於是 <z,z> = sum z_k conj(z_k) = sum |z_k|^2,這是一個真正非負的實數。

精確地說,複向量空間 V 上的複內積是映射 <-,-> : V x V -> C,它在一個分量上線性(我們取第一個),共軛對稱(<u,v> = conj(<v,u>)),且正定(<v,v> >= 0,等號僅當 v = 0)。共軛對稱迫使 <v,v> 等於它自己的共軛,因而為實數,於是正定性才有意義。

由於該形式在第一分量上線性,而共軛對稱把一個共軛拋到第二分量上,所以它在第二分量上是共軛線性的:<u, c v> = conj(c) <u,v>。這種不對稱正是實長度的代價,它會向下傳播到處處——傳到伴隨、極化恆等式以及譜定理。

關於約定的一點提醒:物理學家常讓第二分量線性(狄拉克的左右矢記號),數學家通常讓第一分量線性。數學內容完全相同,只是共軛挪了位置。動手計算前先定下你的約定,否則每個共軛都會落在錯誤的一側。

<z,w> = sum_k z_k conj(w_k), <z,z> = sum_k |z_k|^2 >= 0

C^n 上的標準埃爾米特內積:對第二個向量取共軛,自內積便成為各分量模平方之和。

自檢:<i v, v> = i <v,v>,但 <v, i v> = conj(i) <v,v> = -i <v,v>。若兩者都算成 i <v,v>,說明你漏了共軛,你的範數就可能變負。

又稱
Hermitian inner productcomplex inner product厄米内积